【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及航空发动机控制，尤其涉及一种时变温度边界下航空发动机最优安全控制方法。
技术介绍
1、航空发动机是为飞机提供动力的装置，是飞机的“心脏”，具有极其复杂的气动热力过程，又在宽广的飞行包线内工作，是一个具有强非线性和强耦合的复杂系统。航空发动机控制系统的设计是一个特殊的多目标控制系统的设计过程，在飞行包线内，航空发动机控制系统设计的目的在于使其在各种环境条件和工作状态(如巡航、加速以及减速等状态)下都能稳定、可靠地运行，并且充分发挥其性能效益，因此，需要在安全性、性能指标和跟踪性能等相互矛盾的控制目标之间寻求权衡兼顾。然而，对航空发动机来说，安全、性能指标和跟踪性能常常是矛盾的。
2、首先，航空发动机在工作过程中面临多种安全边界，比如，最高温度边界、压气机喘振边界、最大转速边界以及贫、富油熄火边界等等。航空发动机面临的多种安全边界，一旦这些安全边界遭到破坏，对发动机来说将是灾难性的后果。所以安全保护措施在发动机控制设计中必不可少。其次，航空发动机工作过程中面临的性能要求有推进功率、燃油效率和推重比等，提升性能对资源合理利用和保证控制效果有着重要意义，所以优化性能指标在航空发动机控制设计中受到了广泛的重视和研究。此外，跟踪性能也是控制设计中一个很重要的指标，它表明航空发动机能否迅速地提供飞机飞行动作所需的推力。然而，对航空发动机来说，安全、性能指标和跟踪性能常常是矛盾的：如果想快速响应推力增加指令，就要快速增加涡轮剩余功，快速提升涡轮前温度，快速增加燃油供给，但燃油供给如果增加过快，会导致超温、喘振和富油熄火
3、现有的航空发动机控制方法大多没有兼顾航空发动机在工作状态下的安全性和最优性问题，其中，最优控制设计提升了航空发动机的性能而没有考虑被控量超过安全边界的情况，可能会造成安全事故；安全保护控制设计则忽略了性能，可能导致较差的性能表现。同时，现有航空发动机安全保护控制方法很少考虑到被控量具有时变安全边界的情况，与航空发动机实际工作特性存在一定的差距。
4、控制障碍函数(control barrier function，cbf)是一种新兴的安全攸关控制算法，其核心理论是将集合前向不变性思想融入安全性研究中。受到控制lyapunov函数的启发，控制障碍函数被用来确保动态系统的安全性。控制障碍函数首次在文献“controlbarrier function based quadratic programs for safety critical systems”中提出，随后被应用于各种安全攸关系统的控制。例如，文献“adaptive cruise control forground vehicles using control barrier function under weather based surfaceconditions”中提出了一种基于控制障碍函数的地面车辆控制方法。long l等人在“safety-critical control and optimization of nonlinear systems based on newforms of clf-cbf-qp”一文中，提出了一种新的clf-cbf-qp框架，以提高无人机优化问题的可行性。然而，实际中有很多物理系统为高相对阶系统，例如航空飞行器、移动机器人、无人机等，针对低相对阶系统提出的方法无法直接应用于高相对阶系统，需要一种适用于任意相对阶的安全控制方法，研究人员针对高相对阶安全约束做了大量的工作。高相对阶控制障碍函数首次在文献“control barrier function based quadratic programs forsafety critical systems”中提出，然而，该文献中的结果仅扩展到相对阶为二的基于位置的安全约束。另一方面，文献“control barrier function based quadratic programswith application to bipedal robotic walking”中的结果使用反步法将一阶安全约束拓展到了任意相对阶约束，但是对于更高阶的系统来说，基于反步法的控制障碍函数设计是非常复杂的，尤其是相对阶数大于二的系统。wu g等人在“safety-critical andconstrained geometric control synthesis using control lyapunov and controlbarrier functions for systems evolving on manifolds”一文中提出高相对阶控制障碍函数，但其结果仅扩展到相对阶为二的基于位置的安全约束。xiao w等人在“controlbarrier functions for systems with high relative degree”中提出了一种用于高相对阶约束的障碍函数，称为高阶控制障碍函数(high order control barrier function，hocbf)，其一般形式与一系列集合的交集的前向不变性有关。进一步地，又在“high-ordercontrol barrier functions”中提出了时变高相对阶控制障碍函数，考虑被控量具有时变的安全边界。然而，到目前为止，利用高相对阶控制障碍函数解决航空发动机安全保护控制问题的研究仍然相对有限；考虑时变安全边界的安全保护控制方法较少；多项安全约束给安全控制的构造和求解过程带来一定的复杂性。
5、专利202410763274.x公开了一种航空发动机加速限制方法，该方法用于双外涵发动机的加速限制计划，给出了双外涵发动机加速限制计划使用方法，对双外涵发动机加速过程，预判了加速时模式转换带来的风险，并采取保护措施，但这种方法没有考虑航空发动机在工作过程中的性能，可能会导致较差的性能。专利202410771470.1公开了一种变循环发动机二次型最优控制器设计方法，该专利技术设计增广状态空间描述，以增广状态作为优化目标，通过求解代数riccati方程确定最优控制器增益，但这种方法没有考虑航空发动机工作过程中被控变量超过安全边界的情况，可能会导致控制中发生不安全的情况。专利202011440326.8公开了一种航空发动机多变量限制保护控制方法，该专利技术通过机载模型的在线线性化和参数预测，实时地选择激活主控制回路或是相应的限制保护回路，利用多变量控制器实现对不可测量的直接控制或限制，但这种方法考虑各被控量的时变上限，与航空发动机工作特性存在一定的差距。
6、目前，利用高相对阶控制障碍函数解决航空发动机安全保护控制问题的研究仍然相对有限，考虑时变安全边界的安全保护控制方法有待进一步研究，多项安全约束给安全控制的构造和求解过程也给发动机控制方法带来一定的复杂性。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是针对上述现有技术的不本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种时变温度边界下航空发动机最优安全控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种时变温度边界下航空发动机最优安全控制方法，其特征在于：所述步骤1具体包括：
3.根据权利要求2所述的一种时变温度边界下航空发动机最优安全控制方法，其特征在于：所述步骤2具体包括：
4.根据权利要求3所述的一种时变温度边界下航空发动机最优安全控制方法，其特征在于：所述步骤2.1具体包括：
5.根据权利要求4所述的一种时变温度边界下航空发动机最优安全控制方法，其特征在于：所述步骤2.3具体包括：
6.根据权利要求5所述的一种时变温度边界下航空发动机最优安全控制方法，其特征在于：所述步骤4具体包括：
7.根据权利要求6所述的一种时变温度边界下航空发动机最优安全控制方法，其特征在于：所述步骤4.1具体包括：
8.根据权利要求7所述的一种时变温度边界下航空发动机最优安全控制方法，其特征在于：所述步骤4.2具体包括：
9.根据权利要求8所述的一种时变温度边界下航空发动机最优安全控制方法，其特征
...【技术特征摘要】
1.一种时变温度边界下航空发动机最优安全控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种时变温度边界下航空发动机最优安全控制方法，其特征在于：所述步骤1具体包括：
3.根据权利要求2所述的一种时变温度边界下航空发动机最优安全控制方法，其特征在于：所述步骤2具体包括：
4.根据权利要求3所述的一种时变温度边界下航空发动机最优安全控制方法，其特征在于：所述步骤2.1具体包括：
5.根据权利要求4所述的一种时变温度边界下航空发动机最优安全控制方法，其特征在于：所述步骤2.3具...
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